永磁同步電動機驅動的電動汽車仿真研究_圖文

1、收稿日期:2006-09-02作者簡介:劉素芳(1965-,女,河北蔚縣人,張家口職業(yè)技術學院電氣工程系講師。永磁同步電動機驅動的電動汽車仿真研究劉素芳1,劉素芬2,劉素平3(1.張家口職業(yè)技術學院,河北張家口0750512.大同礦務局永定莊礦二校,山西大同0370003.張家口市第一公路工程公司,河北張家口075000摘要:在研究永磁同步電動機驅動系統(tǒng)的基礎上,建立了永磁同步電動機驅動的電動汽車數(shù)學模型,并對擬開發(fā)電動汽車進行了計算機仿真,包括電動汽平路穩(wěn)定轉速運行仿真、變車速運行仿真等。仿真結果表明,所開發(fā)的永磁同步電動機驅動系統(tǒng)能夠很好地滿足電動汽車性能要求,永磁同步電動機在電動汽車驅動

2、中具有很大優(yōu)越性。關鍵詞:電動汽車;永磁同步電動機;計算機仿真中圖分類號:T M341文獻標識碼:A 文章編號:1008-8156(200604-0029-04由于環(huán)境污染及石油危機的加劇,電動汽車的研究開發(fā)得到普遍重視和廣泛關注。本文以永磁同步電動機作為電動汽車驅動系統(tǒng),對電動汽車進行計算機仿真,給出了永磁同步電動機驅動系統(tǒng)的結構框圖和仿真數(shù)學模型,對電動汽車進行了計算機仿真計算,仿真結果表明,這一電動汽車具有很好的性能指標。1.電動汽車用永磁同步電動機驅動系統(tǒng)結構永磁同步電動機系統(tǒng)是電動汽車的核心。圖1為電動汽車用永磁同步電動機驅動系統(tǒng)的原理圖,其中的永磁同步電動機經(jīng)過一減速齒輪驅動電動汽

3、車車體,直流電壓Udc 為供電蓄電池的輸出電壓。 電動機的指令轉速n (相當于指令車速v 與實際反饋轉速n (相當于實際車速的差值作為速度P I 調節(jié)器的輸入,其輸出經(jīng)限幅后作為電機交軸給定電流i q,由電機實際轉速確定的直軸給定電流id 連同交軸給定電流經(jīng)坐標變換(坐標變換所需的位置信號由位置檢測元件得到得到電機三相給定電流ia 、ib 、ic,這一給定電流與實際反饋電流ia 、ib 、ic 進行滯環(huán)比較,得到逆變器功率管的驅動信號,實現(xiàn)了電機轉速、電流的雙閉環(huán)控制。圖1為電動汽車用永磁同步電動機驅動系統(tǒng)的原理圖,第19卷第4期2006年12月張家口職業(yè)技術學院學報Journal of Zh

4、angjiakou Vocati onal College of Technol ogyVol .19No .4Dece mber,2006 2.永磁同步電動機驅動的電動汽車仿真數(shù)學模型2.1永磁同步電動機動態(tài)性能仿真數(shù)學模型永磁同步電動機具有正弦形的反電動勢波形,其定子電壓、電流也應為正弦波。假設電動機是線性的,參數(shù)不隨溫度等變化,忽略磁滯、渦流損耗,轉子無阻尼繞組,那么基于轉子坐標系(d q 軸系中的永磁同步電動機定子磁鏈方程為s d =L d i s d +rs q =L q i s q (2-1式中r 一轉子磁鋼在定子上的耦合磁鏈;Ld 、Lq 一永磁同步電動機的直、交軸主電感;i s

5、d 、i sq 一定子電流矢量的直、交軸分量:P M5M 定子電壓方程為:s d =s i s d +s d -s q s q =s i s q +s q -s d (2-2s d 、s q :定子電壓矢量的s的d 、q 軸分量;:轉子角頻率。P:為微分因子。把式2-1代入式2-2中得:s d =s i s d +L d i sd -L q i qs q =s i s q +L d i s q +L d i s d +r (2-3轉矩方程為:T d =m (s d i s q -s q i s d =m r i s q +(L d -L q i s d i sq (2-4從上式可以看出,永磁同

6、步電動機的電磁轉矩基本上取決于定子交軸電流分量和直軸電流分量,在永磁同步電動機中,由于轉子磁鏈恒定不變,故均采用轉子磁鏈定向方式來控制永磁同步電動機。在基速以下恒轉矩運行區(qū)中,采用轉子磁鐵定向的P MS M ,定子電流矢量位于q 軸,無d 軸分量(i sd =0,即定子電流全部用來產(chǎn)生轉矩,此時P M S M 的電壓方程可寫為:s d =-L d iss q =s i s +L q i s +r (2-5電磁轉矩方程為:T d =m r i s(2-62.2速度P I 調節(jié)器速度調節(jié)器決定電動汽車(電動機的動、靜態(tài)性能,其輸入為電動汽車指令車速(電動機指令轉速和電動汽車實際車速(電動機實際反饋

7、轉速的差值,輸出為電動機交軸電流的給定值iq 。電動汽車驅動系統(tǒng)的速度調節(jié)器采用比例積分控制(P I控制,其控制規(guī)律為i sd =K (+1T idt (2-7離散格式為i s q (j =i s q (j -1+K (j -(j -1=+K i i (j (2-8式中kp 、ki 、Ti 分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和積分時間常數(shù)。當速度偏差很大時,速度調節(jié)器處于飽和狀態(tài),此時必須對其輸出進行限幅。這一限幅值可在保證逆變器安全運行的前提下,根據(jù)電動汽車的不同加減速要求而人為給定。3.永磁同步電機驅動的電動汽車仿真根據(jù)上述數(shù)學模型,用M atlab 語言編制了仿真軟件,并對一臺微型電動汽車(電動客

8、車進行了計算機數(shù)字仿真,永磁同步電動機參數(shù)參數(shù)分別見表1。2006年12月張家口職業(yè)技術學院學報第4期表1永磁同步電機的參數(shù)項目數(shù)值電動機功率W 直流電壓V,額定轉矩NM ,定子相繞組電阻,定子d 相繞組電感H,q 相繞組電感H,額定轉速轉/分,極對數(shù) 026Lq =0.065J =0.0018n =3000np =43.1電動汽車穩(wěn)態(tài)性能仿真圖2為電動汽車給定40k m /h 車速時的仿真特性曲線?？梢钥闯?電動汽車能夠在5.4s 時間內從靜止達到給定經(jīng)濟車速(40k m /h ,說明本樣機系統(tǒng)驅動的電動汽車具有極強的起動加速能力;同時可以看出,經(jīng)濟車速穩(wěn)態(tài)行駛時,所需電機轉矩較小,因此需要

9、較小的蓄電池放電電流,從而使電動汽車具有較長的一次充電續(xù)行里程。圖2給定40k m /h 時車速的仿真曲線3.2電動汽車車速突變時性能仿真圖3為電動汽車車速突變時車速仿真特性曲線。其中,正常行駛車速為30k m /h,在4.4s 時刻給定車速變?yōu)?0k m /h ?？梢钥闯?車速突變時,電機輸出轉矩迅速變?yōu)槠渥畲笾?使電動汽車在1.4s 內車速由30k m /h 變?yōu)?0k m /h 。電動汽車的降速過程同升速類似。2006年12月劉素芳,劉素芬,劉素平永磁同步電動機驅動的電動汽車仿真研究第4期 圖3電動汽車車速突變時的仿真曲線4.結論本文給出了永磁同步電動機驅動系統(tǒng)的原理性結構圖,在此基礎上

10、研究了以永磁同步電動機作為驅動系統(tǒng)的電動汽車仿真數(shù)學模型,針對已實際開發(fā)成功的電動汽車用永磁同步電動機驅動系統(tǒng),應用于一微型電動客車,對該電動汽車進行計算機仿真,仿真結果表明,所開發(fā)的驅動系統(tǒng)具有良好的性能,能夠滿足電動汽車的驅動性能要求。參考文獻:1Chan C C,Chou K T .An overvie w of power electr onics in electric vehicles J .I EEE Trans .on I nd .Electr o .1997,44(1:3-13.2Shi m izu H,Harada J,B land C,etc .Advanced conc

11、ep ts in electric vehicle design J .I EEE Trans .on I nd .Electr onics .1997,34:14-18.3徐衍亮.電動汽車用永磁同步電動機及其驅動系統(tǒng)研究D .沈陽工業(yè)大學博士學位論文,2001.4唐任遠,等.現(xiàn)代永磁電機理論與設計M .北京:機械工業(yè)出版社,1997,252-265.The S i m ul a tion Study of Electr i c Veh icle D r i ven by Permanen tM agnet SynchronousM otor SystemL I U Su -fang 1,L

12、I U Su -fen 2,L I U Su -p ing3(1.Zhangjiakou Vocati onal College of Technol ogy ,Zhangjiakou,Hebei,0750512.No .2Pri m ary School in Yongding V illage of Dat ongM ine Bureau ,Dat ong,Shanxi 0370003.Zhangjiakou No .1H igh W ay Engineering Company,Zhangjiakou ,Hebei,075000Abstract:The mathematic model

13、of electric vehicle (E V driven by per manent magnet synchr onous mot or (P MS M is estab 2lished,on the basis of which,the perfor mance si m ulati on of devel op ing E V is done including the accelerati on,s peed -variable running and s o on .It is verified that the E V e mp l oys a good perf or mance whe